Os tipos de medidores mais utilizados nos processos
produtivos são os do tipo elásticos (principalmente o de tubo de Bourdon). Eles
são muito mais robustos, podem ser feitos de diversos tipos de materiais para
melhor compatibilidade química, já que seu elemento sensor está diretamente em
contato com o produto e também possui vários acessórios para condicioná-lo a
uma melhor medição e evitar desgastes prematuros.
Medidores de pressão tipo elásticos
Seu princípio de medição baseia-se na lei de Hooke, essa lei
foi descoberta após uma série de experimentos do cientista inglês Robert Hooke,
em 1678. Ele constatou que uma série de materiais, quando submetidos a uma
força externa, sofrem variações na sua dimensão linear inicial, assim como a
sua área e secção transversal inicial.
O fenômeno da variação linear, Hooke denominou como
alongamento, descrito da seguinte forma:
Quanto maior a força aplicada (carga nominal) e o
comprimento do material, maior o alongamento, e que, quanto maior a área de
secção transversal e a rigidez do material (módulo de elasticidade), menor o
alongamento, resultando a equação:
O módulo de elasticidade é:
Sendo assim a lei de Hooke é descrita
como:
Onde:
Δl = alongamento da peça (m)
σ = Tensão normal (Pa)
F = carga nominal aplicada (N)
A = área da secção transversal (m²)
E = módulo de elasticidade do material
(Pa)
L = comprimento inicial da peça
O alongamento será positivo quando a
carga aplicada tracionar (deslocar por tração, ou puxar) a peça, e será
negativo quando a carga aplicada comprimir a peça.
Resumindo, a lei de Hooke determina que o
módulo da força aplicada em um corpo é proporcional à deformação provocada.
A deformação pode ser dividida em
elástica (material retorna ao seu tamanho normal ao cessar a força sobre ele,
até o limite de elasticidade do material), plástica ou permanente (material
deforma e não retorna ao seu estado normal mesmo retirada a força) e ruptura (o
material cede e rompe).
Os medidores de pressão tipo elásticos
(inclusive os manômetros tipo elástico) trabalham com pressões sempre abaixo do
limite de elasticidade, para poder retornar ao seu estado normal, quando a
pressão for retirada, mantendo assim suas características de construção e calibração.
Esses medidores podem ser classificados
em dois tipos:
- Conversão da deformação do elemento de recepção de pressão em sinal elétrico ou pneumático;
- Indicação ou amplificação da deformação do elemento de recepção através da conversão de deslocamento linear em ângulos, com o uso de dispositivos mecânicos.
Funcionamento dos medidores
O medidor tipo elástico é aquele que seu
elemento de recepção mede pressão através da deformação elástica, sendo que
quanto maior a pressão, maior será a deformação. Essas deformações são medidas
através de dispositivos mecânicos, elétricos ou eletrônicas.
Iremos explorar o segundo item, deixando
o primeiro para um artigo sobre transmissores.
Manômetro tipo elástico
A deformação causa pela é pressão é de
deslocamento linear, o qual é convertido proporcionalmente em movimento angular
através de mecanismo específico, sendo que para indicação é colocado um
ponteiro em uma escala para determinada faixa de medição.
Elementosde recepção para medidores tipo elásticos
A tabela abaixo mostra os principais
elementos de recepção para medidores do tipo elástico, assim como a faixa de
trabalho em que se enquadram.
Manômetro tubo de Bourdon
Será a base desse artigo por ser o mais
utilizado na indústria. É um tubo de secção transversal oval, fechada em uma
ponta e a outra aberta para receber a pressão que pode estar disposto em forma
de “C”, espiral ou helicoidal.
A construção básica de um manômetro
Bourdon em “C” está ilustrado abaixo:
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| Fonte: site www.instrumentação.com |
Os três tipos de Bourdon estão ilustrados
abaixo:
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| Fonte: www.google.com.br |
Material do Bourdon
Dependendo da faixa da pressão e da
compatibilidade química do material do Bourdon com fluido, se é determinado o
material para a confecção do tubo. A tabela abaixo indica os materiais mais
comuns para a fabricação do tubo.
Classificação dos manômetros tipo elástico Boudon
Os manômetros são classificados quanto ao
tipo de pressão medida e a classe de precisão.
Quanto à medição de pressão, pode ser
manométrica, vácuo ou diferencial.
Quanto à precisão, podemos classifica-los
como:
Faixa de operação
A pressão normal medida deve estar em torno
de 25 a 75% da pressão máxima do manômetro, quando a pressão for estática o
ideal é que esteja em torno de 60% da escala máxima do manômetro.
Tipos construtivos
Temos vários tipos construtivos de manômetros, alguns serão
relacionados abaixo:
- Manômetro fechado
Utilizados em locais onde esteja exposto ao tempo ou locais
com pressões pulsantes. Quando exposto ao tempo possui caixa com grau de
proteção adequada, podendo ser utilizado em ambientes com pó em suspensão ou
jatos de água, quando trabalha com pressões pulsantes, sua caixa é preenchida
em 2/3 com glicerina para evitar a fadiga prematura do Bourdon e seus
mecanismos internos devido vibração mecânica.
- Manômetro de pressãodiferencial
Adequando para medir pressões diferenciais entre dois pontos
(duas tomadas de pressão) em um processo. A pressão indicada é a resultante da
diferença entre as pressões aplicadas aos Bourdons (é composto por dois
Bourdons em oposição), podendo assim medir pressão diferencial, nível, vazão,
perda de carga em filtros, devido entupimento.
- Manômetro duplo
São dois Bourdons independentes na mesma caixa e utilizando
o mesmo mostrador, para medir pressões distintas, só que com a mesma faixa de
trabalho.
- Manômetro com selagem líquida
Utilizado em processos industriais com incompatibilidade
química entre o material do manômetro e o fluído do processo ou para processos
com fluídos corrosivos, viscosos, tóxicos ou com altas temperatura, devido a
fragilidade do Boundon, podendo danifica-lo.
A selagem é um tipo de isolação do fluído de processo e o
tubo de Boudon, o tipo de fluído de selagem mais utilizado é a glicerina, por
ser inerte para quase todos fluídos. A selagem pode ser feita com pote de
selagem, com diafragma ou para altas temperaturas por sifão.
Acessórios
Para adequar as condições para medição em campo ou para
aumentar a durabilidade do instrumento são utilizados diversos acessórios que
serão relacionados abaixo:
- Amortecedores de pulsação
Os amortecedores de pulsação têm como objetivo restringir a
passagem do fluído do processo até o ponto em que a pulsação se torne muito
baixa ou nula. O amortecedor é instalado antes da conexão do manômetro, pode-se
observar seu efeito acompanhando a diminuição da pulsação através do ponteiro
(que significa que o Bourdon está trabalhando excessivamente), aumentando assim
a vida útil do manômetro e aumentando a precisão nas medições.
- Sifões
Os sifões servem como selo e, além disso, também servem para
diminuir a temperatura do processo que chega ao manômetro, muito utilizado em
linhas de vapor. O líquido diminui a temperatura quando fica retido na curva do
tubo-sifão e através da troca térmica esfria, esse líquido mais frio que
entrará em contato com o Bourdon, evitando que a temperatura excessiva entre em
contato com ele.
- Supressores de pressão
Protegem os manômetros que ultrapassam ocasionalmente as
condições normais de operação. Ele protege o tubo de Boudon evitando sua
ruptura.
Seu funcionamento está relacionado com a velocidade de
incremento da pressão. Seu ponto de ajuste deve ser atingido de modo que com
incremento lento de pressão seu bloqueio se dê entre 80 e 120% do valor da
escala do manômetro. Em incrementos rápidos o bloqueio é dado em qualquer valor
inferior a 80% da escala.
- Contato
Alguns manômetros utilizam contatos montados em sua caixa de
proteção. Esses contatos são acionados quanto o ponteiro move um elemento de
acionamento, normalmente um pino metálico, e o sensor é acionado quando esse
pino entre no seu campo de acionamento. O funcionamento fica parecido com um
pressostato (chave de pressão, aciona um micro switch quando a pressão chega a
um valor ajustado), porém com indicação em campo.
Ajuste
Se durante uma calibração (processo de compara a medição do
instrumento com um valor padrão), o manômetro apresentar desvio acima do
satisfatório (critério de aceitação), ele deve ser ajustado. Um procedimento
básico de ajuste será mostrado abaixo, lembrando que os valores encontrados em
uma calibração posterior ao ajuste, dependem da exatidão do instrumento, dos
desgastes mecânicos e vida útil.
Basicamente os manômetros possuem três pontos de ajustes, o
de zero, de span e o de linearidade (angularidade).
-Ajuste de zero: serve para fazer com que uma pressão
correspondente a 0% do span da faixa de trabalho produza uma leitura de 0% do
span da faixa medida.
-Ajuste de span: serve para fazer com que uma pressão
correspondente a 100% do span da faixa de trabalho produza uma leitura de 100%
do span da faixa medida.
-Ajuste de linearidade: serve para fazer com que um valor de
pressão medida entre 0% e 100% corresponda ao valor real da pressão aplicada.
Procedimento genérico para o ajuste do manômetro deve seguir
os seguintes passos:
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- Aplicar o valor de pressão de 0% da faixa de trabalho e ajustar o zero do instrumento;
- Aplicar o valor de 100% da faixa de trabalho e ajustar o span;
- Reajustar o zero;
- Reajustar o span;
- Refazer os passos 3 e 4 até que o zero e o span até que os ajustes não saiam mais (devido interação entre zero e span);
- Após o ajuste de zero e de span, verificar se os valores de 25, 50 e 75 % da faixa de trabalho estão ajustados. Se esses pontos estiverem com um desvio maior do que o recomendado pelo fabricante, fazer o ajuste de angularidade e repetir todos os passos anteriores.
Como referência para o ajuste de angularidade, pode-se
ajustar a mesa do manômetro até que o desvio obtido para o valor de 50% do span
seja aumentado em cinco vezes.
Detalhe, a escala do manômetro ocupa ¾ de 360°.
Espero ter conseguido expor um pouco sobre os manômetros
tipo elástico Bourdon, apesar de ter outros manômetros tipo elástico como o de
diafragma, cápsula, fole, foi explorado o tipo Bourdon devido seu uso comum nas
indústrias.
